摘要: 提出一種基于以太網(wǎng)通信技術(shù)的新型低壓斷路器智能控制器設(shè)計(jì)方法。以DSP 芯片TMS320F2812 和太網(wǎng)控制器RTL8019AS 為核心，搭建了智能控制器的硬件電路和以太網(wǎng)通信接口電路，并給出了部分軟件設(shè)計(jì)。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可通過直接的以太網(wǎng)通信方式實(shí)現(xiàn)較好地交互。

　　0 引言

　　低壓斷路器作為供配電系統(tǒng)中的重要電器元件之一，其作用是保護(hù)電氣配電網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)設(shè)備免受短路、過載等故障的損壞。智能控制器是實(shí)現(xiàn)低壓斷路器智能操作的核心部件，其基本任務(wù)是通過對電網(wǎng)參數(shù)的采集和處理來給出相應(yīng)的控制信息。隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場級的EtherNet /Internet 通信成為斷路器智能控制器的發(fā)展趨勢。

　　本文在實(shí)現(xiàn)斷路器智能控制器各種選擇性保護(hù)、顯示、故障記錄、自診斷、試驗(yàn)以及控制等功能的基礎(chǔ)上，提出一種基于以太網(wǎng)通信技術(shù)的新型斷路器智能控制器設(shè)計(jì)方法。

　　1 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)

　　近年來，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)以其不斷提高的性能和迅速降低的成本，使得新一代的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)幾乎都建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)之上，使之成為當(dāng)前的技術(shù)熱點(diǎn)，并有望成為新一代低壓電器設(shè)備通信和控制的主流技術(shù)。

　　以太網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢有:① 數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前已達(dá)到100 Mb /s，并能提供足夠的帶寬;② 能在同一總線上運(yùn)行不同的傳輸協(xié)議;③ 在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)用變互式和開放的數(shù)據(jù)存取技術(shù);④ 允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓樸結(jié)構(gòu)。

　　以太網(wǎng)用于工業(yè)控制的改進(jìn)如下:

　　(1) 實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)性是信息網(wǎng)與工控網(wǎng)最主要的差別，現(xiàn)代的工控網(wǎng)都采用周期與非周期報(bào)文兩種機(jī)制。周期報(bào)文用于傳遞控制命令、實(shí)測數(shù)據(jù)等時(shí)間要求高的少量參數(shù)，具有高的優(yōu)先級和簡單的報(bào)文結(jié)構(gòu)，保證快速性;非周期報(bào)文用于參數(shù)設(shè)置、程序上載/下載、系統(tǒng)配置等操作，優(yōu)先級低，但可完成復(fù)雜操作。工業(yè)以太網(wǎng)是利用以太網(wǎng)的資源實(shí)現(xiàn)工業(yè)通信的要求，許多標(biāo)準(zhǔn)都采用有連接的TCP / IP 傳遞非周期報(bào)文，而利用無應(yīng)答的報(bào)文結(jié)構(gòu)簡單的UDP 規(guī)約傳遞周期報(bào)文，同時(shí)通過專用的硬件處理協(xié)議以提高速度。當(dāng)然，以太網(wǎng)的沖突會造成數(shù)據(jù)幀的破壞，并需要經(jīng)過延時(shí)重發(fā)，如果沖突幾率提高就不能保證實(shí)時(shí)性，好在以太網(wǎng)的通信速率很高，只要適當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性可以解決，各種不同組織對此都有不同的解決方案，從而產(chǎn)生不同的結(jié)果。

　　(2) 安全性。以太網(wǎng)是開放的網(wǎng)絡(luò)，如今控制管理一體化的網(wǎng)絡(luò)方便了管理和遠(yuǎn)程操作，但也帶來安全問題，如何防止外界對控制系統(tǒng)的干預(yù)是需要考慮的問題。

　　(3) 工業(yè)使用環(huán)境的要求。在商業(yè)用環(huán)境下發(fā)展起來的以太網(wǎng)，轉(zhuǎn)到工業(yè)應(yīng)用時(shí)，很多部件(如電纜、連接器、路由器、網(wǎng)卡) 都需要作環(huán)境適應(yīng)性修改。

　　(4) 時(shí)鐘同步。分散控制系統(tǒng)的時(shí)鐘同步技術(shù)是為網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)共同的時(shí)間基準(zhǔn)，同步精度決定了所記錄事件的時(shí)間精度，高精度的時(shí)間基準(zhǔn)對于系統(tǒng)是非常重要的。

　　2 智能控制器總體結(jié)構(gòu)

　　設(shè)計(jì)的低壓斷路器智能控制器的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。電壓互感器(PT) 和電流互感器(CT)分別檢測供電線路中的電壓和電流信號，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電路可處理的電平信號，經(jīng)過調(diào)理電路的采樣、濾波、放大等處理，送入DSP 芯片TMS320